030刍议采暖用塑料管的选用

刍议采暖用塑料管的选用农二师设计院有限责任公司边毅简煦根摘要随着我国塑料工业的迅猛发展，采暖用塑料管材种类繁多，各种管材的物理特性、热力学特性等存在差异，目前工程实际中采暖塑料管在使用上存在不少误区，本文通过比较各种管材的特性，并结合工程实际，提出管材选用的几个要点，供使用者参考。关键词采暖塑料管标准特性前言近些年来，随着我国塑料工业的蓬勃迅猛发展，以及国家产业政策的调整，国家对塑料产业的支持，采暖形式的多样化，以及环境保护，塑料类管材在业内发展迅速，各类管材的生产、设计、施工规范的相继出台，使各类塑料管材的使用也仁者见仁、智者见智，从不规范到基本规范，逐渐走向成熟。本文将从采暖常用塑料管材的特性作手，归纳总结，方便使用者选用。1常用管材的种类及适用标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）[1]4.8.1条规定：“采暖管道的材质，应根采暖热媒的性质、管道敷设方式选用，并应符合国家有关产品标准的规定”。本条是根据近年来采暖方式多样化和非金属管材的有关标准而制定。《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004，J365-2004）[2]中规定的塑料类管材包括PE-X、PB、PE-RT、PP-R、PP-B以及铝塑复合管均可在采暖系统中使用。管材性能要求应分别符合下列标准：PE-X管采用《冷热水用交联聚乙烯（PE-X）管道系统》GB/T18992，PB管采用《冷热水用聚丁烯（PB）管道系统》BG/T19473，PE-RT管采用《冷热水用耐热聚乙烯（PE-RT）管道系统》CJ/T175，PP-R管、PP-B管采用《冷热水用聚丙烯管道系统》GB/T18742，铝塑复合管采用《铝塑复合压力管》GB/T18997。塑料工业发展迅猛，产品技术更新快，管材相应国家标准或行业标准也随生产技术的革新而变化，使用者一定要及时了解相关信息，选用符合相应标准的产品。2常用管材的物理特性比较各种塑料类管材的物理特性可从以下几个方面进行比较。详表1。塑料管材物理及机械性能比较表表1项目管材密度g/cm3导热系数W/m·k低温脆化温度℃连接方式弯曲难易性线膨胀系数mm/m·KPE-X0.940.4-70机械良好0.2PB0.930.22-70机械或热熔一般0.13PE-RT0.9330.4机械或热熔优1.95PP-R0.90.24-10热熔弯曲半径较大0.18铝塑复合管0.926机械或热熔一般0.025塑料管材的质量关键还是管材的有效质量控制。据塑料工业业内人士分析,聚丁烯管和无规共聚聚丙烯管的质量,主要通过原料的成份和品质控制。而交联聚乙烯管和交联铝塑复合管,除原料成份和品质外,其交联工艺对质量控制至关重要,正是交联工艺这一重要环节,使许多该类管材的质量失控。聚丁烯管和无规共聚聚丙烯管,是可以再生的材料,对环保较为有利。除交联聚乙烯管以外的管材还可采用热熔接的连接工艺,节省昂贵的连接配件。管材的氧渗透的问题,在选用时也应有所考虑,与其它采暖系统共用同一集中热源水系统、且其它供暖系统采用钢制散热器等易腐蚀构件时,聚丁烯管、交联聚乙烯管和无规共聚聚丙烯管,宜有阻氧层,以有效防止渗入氧而加速对系统的氧化腐蚀。而铝塑复合管的中间层为增强铝管,可有效阻隔氧的渗透。由于有较大的纵向膨胀，使管道受热后变形严重，因此塑料管道不适合于明装。而埋设于混凝土垫层内的管道纵向膨胀受限，会转化为内应力，故在强度计算时需有适量安全系数。3常用管材的热、力学特性比较塑料类管材,同长期以来习惯应用的钢管等金属管道力学特性的主要区别，主要是应力的变化规律不同。钢管的使用寿命主要取决于腐蚀速度，使用温度对许用应力影响不大。塑料类管材则不同,使用温度的影响极大,冷态下的承压能力不能用以判断在长期使用条件下的耐久性。其使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用,概略地说,温度每提高10℃,使用寿命约缩短2.5倍,热作用使环应力逐步下降即发生管材的“蠕变”,以至不能满足使用压力而破坏，每一种塑料管材的许用应力，都会随时间的推移而下降，特别是随作用温度的升高而急剧下降。显然，应按使用温度确定许用应力，据以计算所需壁厚，并且考虑壁厚的显著差异选择管径。某些生产厂或供应商介绍产品时,孤立地提出对承压、使用寿命和耐温性能的承诺,显然是不科学的。选用者切不能以为这些承诺会同时存在。管材的力学特性，即管壁厚、管径、可承受压力和许用应力之间的关系,可用以下公式计算[3]:SeeDP2（1）式中:e——管壁厚(mm)；P——管内压力(MPa)；D——管外径(mm)；——环应力(MPa)；从上式可见，S值是管材环应力与承压得比值，同时，它仅与管道尺寸有关，不同管道尺寸的S值不同，可用下式计算：DD.PSMAXCALCσ（2）式中:DP——系统工作压力(MPa)；D——许用设计环应力(MPa)（见表2）；各类管材的许用设计应力σD(MPa)表2使用条件分级12455A20℃/50年PE-X3.853.5443.242.947.6PB5.185.045.464.313.3910.92PE-RT3.062.153.342.027.36PP-R3.092.133.31.91.456.93由于铝塑管中间有增强铝层，其允许温度、压力有所不同。详表3、4。对接焊铝塑复合压力管表3流体类别铝塑管代号长期工作温度允许工作压力水冷水PAP3、PAPA440℃1.4MPaXPAPA1、XPAP2、RPAPA52.0MPa冷热水PAP3、PAPA460℃1.0MPaXPAPA1、XPAP2、RPAPA575℃1.5MPaXPAPA1、XPAP2、RPAPA595℃1.25MPa搭接焊铝塑复合压力管表4流体类别铝塑管代号长期工作温度允许工作压力水冷水PAP40℃1.25MPa冷热水PAP60℃1.0MPa75*℃0.82MPa82*℃0.69MPaXPAP75℃1.0MPa82℃0.86MPa根据计算公式，设定系统工作压力DP为0.4MPa，选用级别5，以外径25mm的管道为例，计算几种管材的最小壁厚。详表5。塑料管S值及壁厚计算表表5管材PE-XPBPE-RTPP-R计算S8.110.7755.054.75选用S6.31054计算壁厚（mm）1.841.192.272.78从计算示例可以看出，相同的外部条件下，各种塑料管要求的壁厚相差较大，选用者在选择管材时，应根据实际要求选用相应的壁厚。4常用管材的水力特性塑料采暖管道由于材料不一样，在相同外径情况下，其内径是不同的，导致在相同管径下各类管道的流通能力是有差别的，对于流量及阻力损失要求相同的管道应校核其流量及阻力损失。管道阻力损失计算可统一由下式计算gvdij22（3）式中i——单位长度管段沿程压力降（Pa/m）；v——管内水流速度（m/s）；jd——管道计算内径（m）；——摩阻系数；——水的密度（kg/m3）；关于摩阻系数的计算可以采用两种方法进行计算：《建筑给水铝塑复合管道工程技术规程》（CECS105：2000）[4]中的摩阻系数计算公式：226.0288.0eR（4）jedvR（5）《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004，J365-2004）[2]中的摩阻系数计算公式：dnsdnKdKdbb7.3lg1Relg7.3lg2312.125.0（6）zsbRelgRelg1（7）tReμνnsd（8）dnKd500Rez（9）△△245.0wwnddd（10）公式6推导过程复杂，公式冗长，在实际运用中不是很方便，笔者认为使用公式4较为简便，值得推广[5]。以下举一实例说明管材的水力特性存在的差异：设一采暖房间热负荷4500W，采暖管道外径25mm，管长40米，温差25℃，以公式4计算其沿程阻力损失。详表6：塑料管水力计算表表6外径25PE-XPBPE-RTPP-R铝塑复合管管材壁厚（mm）2.02.02.32.83流速（m/s）0.1260.1260.1340.1480.154沿程阻力（Pa）70470481410481164从计算可以看出：相同的外径情况下，管材不同，其阻力损失大相径庭，选用时切不可一概而论。5结论综合以上所述，每种管材均有各自得优缺点，笔者认为选用塑料管材应根据实际的采暖形式、工程的耐用年限要求、使用条件等级、热媒温度和工作压力、系统水质要求、材料供应条件、施工技术条件和投资费用等因素,经综合比较合理选择与系统相适应的管材。参考文献[1]采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）.北京：中国计划出版社,2003[2]地面辐射供暖技术规程（JGJ142-2004）.北京：中国建筑工业出版社,2004[3]低温热水地板辐射供暖应用技术规程（DBJ/T01-49-2000）.北京：北京市建设规划委员会,2000[4]建筑给水铝塑复合管道工程技术规程（CECS105：2000）.北京：广东省建筑设计研究院，2000[5]简煦根，边毅.对《地面辐射供暖技术规程》中部分条文的探讨.建筑热能通风空调，2005，24（5）：81-84